【博評】William:為何說碳循環失衡會是人類遭殃?

2021-05-21 14:03:25 最後更新日期:2021-05-23 00:22:26
William Lam

現實中只是個小職員的軍武 / 科普愛好者

 

這篇短文是為《輕・重視點》【理工兄弟】欄目新一期視頻中關於全球暖化系列而作補充的文章,錄影當天小弟因事無法參與討論,實屬抱歉。

需要留意的是,自然界的碳循環的平衡是一個變量,吸收與排放二氧化碳的額度視乎當時的大氣含碳量變化、地質活躍度、平均溫度、陸海面積、海水循環、岩石種類、總生物量多寡等而定,例如若果陸地水系和植被充足(或者水中植物和微生物充足),就算該段時間有較多排放二氣化碳的活動(例如大規模火山爆發),碳循環的鎖碳能力仍然較佳,不至於快速升溫;另一方面,亦因為海洋面積不同,反射陽光回太空的能力也有不同,加上大型海洋可提供更強的冷暖洋流循環,有些地質時代地球有比現在高6-7倍的二氧化碳(如侏儸紀),但平均溫度只比19世紀初高3度左右而已。若把當時的二氧化碳含量放到今日地球的大氣,情況將會是兩回事。

paleoceanography Paleogeography coastlines boundaries continents inset right侏邏紀只有闊度超過2/3地球圓周的泛大洋與三面都被包圍、比現有任何一個海洋都要小的突提斯洋,其餘都是類似大陸架的淺海,這樣有利於一個超大型洋流的形成,對全球氣溫控制上可以更好。相比起三疊紀及以前,侏儸紀及白堊紀的氣候平穩期長達1.5億年。(圖片來自大英百科全書)

事實上,過去的確發生過碳循環太強,導致吸收二氧化碳過多而導致全球氣溫急降的事件,例如雪球地球事件。不過現在地球所面對的,明顯不是二氧化碳過少而發生的氣候事件。現在人類活動所排出巨大數量的碳排,最終會有什麼事發生?回溯地質史,了解幾次突然性的氣候突變事件,可以告訴你的是,對地球及新生物圈而言,這是生機,但對人類來說,這可能是末路。地質史上有兩次非常著名的氣候事件,就是和二氧化碳大幅增加及全球暖化有關:

 e7d64e34c3c1右為卡尼期地層經常可看到的沉積地層,層數甚多,顯示反反覆覆多次發生泛濫。當時全球平均雨量至少為每年1400MM,這標準在今天看來不特別多,但當年全球平均雨量最多就400-500mm而已。這種雨量在近赤道地區可能更多,而且還持續200萬年。(圖片來自When rain kick-started evolution)

卡尼期洪積事件(Carnian Pluvial Event,簡稱CPE)

有人將2.3億年前三疊紀卡尼期比喻為延綿兩百萬年的雨,雖然是誇張修飾之詞,但實際情況也很誇張-連續兩百萬年。事實上,當時全球大約經過史上最大的生物滅絕事件-二疊紀三疊紀滅絕事件約2000萬年,但生態圈仍未回復正常,加上沒多久之後各陸地板塊拱成一塊大陸,名為盤古超大陸。

xrwrekxyeq1412.5億年前形成的盤古超大陸,可說是史上沙漠化最嚴重的大陸,當時的沙漠範圍約相當於整個(南北)美洲大陸的2/3。(圖片來自連結1連結2)

由於世界各陸地都幾乎連成一線,大氣環流吹上陸地後,水氣在穿越大陸的過程中被漸漸消耗掉,加上盤古超大陸的山脈大都在大陸中央,結果大陸中央幾乎都是大沙漠,而且沿路的雨水也只足以形成稀疏樹林與廣大草原而已,地質學家發現這數千萬年期間的地層普遍都不存在煤,也極少碳酸鹽層(即石灰石),亦即是說,能吸收過量二氧化碳的植物及可將二氧化碳吸收並在淺海沉積的淡水體嚴重不足。

結果,基於盤古超大陸比過去更激烈的火山活動,大幅加強了二氧化碳的排放,導致氣溫急劇上升,大氣環流加劇,全球雨量急增,從而改變整個世界的生態面貌,影響甚至廣達往後1.6億年之久。
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藍箭頭為卡尼期洪積事件時的最高氣溫,而紅箭為PETM事件中的最高氣溫,過程十分短促。兩者在之前都有相當長的氣溫上升期,有觀點認為氣候突變事件是累積多時後最終引發突變。留意PETM事件完結後地球還是維持原本的速度升溫多500萬年,才於5000萬年前逐漸下跌。這五百萬年高溫可說是確保哺乳類分化繁衍繼續的最重要因素。(圖片來自英文維基百科)

古新世始新世極熱事件(Paleocene–Eocene Thermal Maximum,簡稱PETM)

同樣發生於一次滅絕事件之後,5500萬年前的古新世始新世極熱事件(下種PETM)似乎更值得進一步研究。同樣因為板塊大規模活動造成的火山活動,為大氣注入更大量二氧化碳,在這次事件前1000萬年地球平均氣溫上昇約3度,之後就突然在很短時間內暴增,時間不足20萬年,然後又突然回到原點,大起大落之速過去也難以找到類似的,但升模式和現時比較接近。當然,同樣的高熱也令大氣大氣環流加劇,全球雨量急增,陸上植物群進一步擴散,而且對生態圈的影響,一直延綿至今。

 xrwrekx由左至右,分別是西伯利亞暗色岩(4百萬立方公里)、蘭德尼亞熔岩平原(至少10萬立方公里)與北大西洋火成岩(6.6百萬立方公里,現時大部分還在海底),前兩者直接促成卡尼期洪積事件,後者則是PETM事件的直接推手。蘭德尼亞熔岩平原比起兩者都是小巫見大巫,但它是在適合時期再加「臨門一腳」,直接觸發大氣環流與洋流徹底改變。(圖見連結12及英文維基) 

共同特徵:

超大型且長時間火山噴發

基本上,兩次氣候特變事件前,都發生超大型的火山活動,其中卡尼期洪積事件(簡稱PETM)前2000萬年更是幾乎同時出現兩次超大型火山活動,即峨嵋山暗色岩事件與西伯利亞暗色岩事件,兩次事件都噴發大量的溫室氣體進入大氣層中;而同樣,古新世-始新世極熱事件前1000萬年,同樣有德干暗色岩事件與北大西洋暗色岩事件(後者可能是近代最大型火山事件,但延綿較長時間,該次事件分成兩期,合共600萬年),再加上白堊紀-古新世的KT滅紀事件中,因為巨型隕石撞擊及全球大火而同樣令大量二氧化碳放出大氣層,地球持續接近1000萬年的不斷升溫,這些額外排放的大量溫室氣體,都是兩次升溫事件的元兇。

 187483北美洲北部及俄國凍原區地底有大量冰湅甲烷累積,而不少地方的洋底也有可燃冰(甲烷水氣合物),一旦地球溫度過高,地層的甲烷會先蒸發為地球加溫,然後海水跟著暖化也會讓可燃冰昇華加遽暖化,這是一個正回饋,最終可能令大部分可燃冰都昇華,造成另一次急遽升溫與極熱事件。(圖片來自連結1連結2)

溫度大幅上升導致全球天氣大亂,環境徹底改變

以兩次氣候巨變事件為例,溫度都是急升到全球熱成一個火鍋般,不但南極所有冰都溶化,赤度水溫甚至升至40-50度。這不但令原有的洋流大亂,超暖海水更進一步加劇大氣環流,形成各種強颱風及大型帶高濕度的季風。基於熱能大,這個天氣系統的能量會高得多、帶的水氣更多,且超強颱風出現的頻率更大幅增加,一個最突出的情況是,同期雨量隨著溫度而大幅上升,而且這是全球性的。兩段時期中,南北極不單沒有冰層,甚至都變成植物茂密的雨林帶,全球幾乎變成一個大森林。

當中尤以古新世始新世極熱事件最為離譜,有觀測在當中最高鋒的20萬年間(或更短時間),地球竟然上升5-8度!有這突然上升的氣溫,有科學家猜測更溫暖的海流觸發海底的可燃冰昇華,釋出極大量的甲烷氣體,而這是比二氧化碳更強力的溫室氣體,足夠令溫室效應幾何式增長。

187483b在意大利多洛米蒂山脈 (Dolomites)看到的卡尼期沉積層,厚度不薄。卡尼期環境大變引來生物群落的大變,之前是偽鱚類與合弓綱治天下,但事故過後,恐龍已進佔90%的生態位。(圖片來源連結

大量物種滅絕,新物種統治地球

兩次大升溫對地球而言似乎不是壞事,因為原本相當乾旱的天氣(尤其是二疊紀前半期是地球史上沙漠化最嚴重的時代)都變成熱帶雨林,絕對是好事。然而兩次極端天氣事件前的動植物,可只是適應當時的氣候環境,但高溫和大量雨量改變當地生態,並讓大量新一代植物生長時,卻是舊時代生物死亡與衰落的時候:例如裸子植物在卡尼基洪積事件後成為地球植物主流,就導致大批只適應乾燥環境且只吃厥類的大型合弓綱動物(早期哺乳類)幾乎滅絕,連帶肉食動物主流的偽鱷類(鱷魚近親,但腳更長且奔跑速度快得多)如勞氏鱷、迅猛鱷及波波龍等都受重大打擊。另一方面,大量植物又令昆蟲再次繁盛起來。食物(昆蟲)更多及大型獵食動物大減,讓翼龍與恐龍崛起並取代合弓綱和偽鱷類的生態位,成為稱霸往後1.6億年的主流陸上與空中動物。

LDSS受惠於PTEM事件,赤道附近的海洋生態圈受打擊嚴重,屬於海中爬行類的森林鱷開始絕種,鯊魚也暫時撤出這地區,令當時印度「島」上一種有點像狗的有蹄類動物巴基鯨(左)開始進入淺海生活,及後又演化出水棲性更高的羅德侯鯨(右)。他們最終成為今日鯨豚類爭霸海洋的先驅。(圖片來自The Evolution of Whales)

 

Plesiadap更猴(左)與阿喀琉斯基猴(右)都是最早出現的露長類動物,受惠於PETM事件中森林的高速擴張,牠們也隨之奔向世界各地,並衍生多種物種出來。其中有一種,最終成為我們智人。(圖片來自連結12)

古新世始新世極熱事件對生物圈打擊最大的,是海洋因二氧化碳急增導致的海洋酸化,殺死大量珊瑚生物,導致食物鏈局部崩潰,海生生物整體減少大約30-40%;對陸上生物的打擊反而不大,除了原本在KT事件後艱難再起的大型爬行動物再遭重創外,其他原已住在森林的小型哺乳類動物再進一步衍化,更多新物種出現,例如靈長目、奇蹄類、鯨豚類、食肉目(貓犬熊三科)等,確立了哺乳類成為陸上動物的主流。

由此可見,每次氣候事件雖未必造成嚴重的生物滅絕,但原本優勢物種或者頂級掠食動物受到嚴重打擊甚至絕種,幾是必然之事。

Potent海水上升60公尺後,東亞及北美將有大量已發展區成為水下城市,屆時香港的已發展區亦應幾乎沉在數十公尺深的海中,只有山地露出水面;若海平面上升60公尺,那台北及新北應該已浸在「淡水湖」下面了,北美的情況更加嚴重,海岸線就直接推入內陸近百公里,連佛羅里達半島都直接消失。(圖片來自floodmap.net)

後 話:

回到今天,人類每年碳排放多達380億噸,這還未計算甲烷排放,要知道PETM時期平均每年二氧化碳排放是比當時碳循環量多2.4億噸而已,現在碳排量可是多150倍!而且氣溫上升的速度比絕大部分滅絕事件都要快很多,有指大約只要1000年,就會達到PETM事件時的碳含量。更有甚者,遠在這之前就要面對全面的南北極冰全面溶化、海水水位急遽上漲淹沒大部分沿岸農田、城市與基礎設施,這可會搗毀人類大部分基建與糧食生產能力的!屆時人類就算免於滅亡,人口亦可能大減且生活水平也急遽倒退!

 SMRPlant美國已在開始建造的小型模組化反應堆(SMR)。由於人類活動的碳排60%以上都是發電及車用燃料,碳排極低的核能無疑是最有效率替代化石燃料的能源,也是可預見的將來人為達到碳循環平衡的最有效方法,而且歐盟聯合研究中心(JRC)已開始規劃將核能加上綠色標籤,並視作綠色能源的一種。(網絡圖片)

這還未包括二氧化碳滯留於大氣層中所造成的疊加效應。甲烷保留於大氣層可能只有數十年,就會被紫外光等所降解消失(所以PETM事件的高鋒期來得快但去得也快),但至少有一半的二氧化碳可以保留在大氣層內數千年之久,除非有人為因素可以加快人工碳循環,否則已這百年來排出的碳仍可持續其暖化能力千年之久!

行文至此,剛巧又見到台灣「學者」(有人告訴我那人是「經濟學家」)在政論節目上大搞神論,指台灣這兩年缺水是中國氣候戰陰謀。這不講有天氣達人出面反駁了!若果人類真有能力控制氣候,那很多災難都可以避免了!事實上台灣大旱也源自去年颱風總是沒有登陸台灣、無法帶來大量雨水所致。去年風暴路徑大變及其他時間缺乏雨水,很可能也是全球暖化導致大氣環流改變的結果。然而,到現在竟然還有人沒有意識到這樣的危機,甚至還在電視節目上胡說八道,真的不知究竟是蠢是壞,還是兩者皆有?

發佈於 博評
By 2021-05-21

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